p Uma nova pesquisa liderada por cientistas do Laboratório Nacional de Aceleração SLAC do Departamento de Energia e da Universidade de Stanford mostra como átomos individuais se movem em trilionésimos de segundo para formar rugas em um material de três átomos de espessura. Revelado por uma nova "câmera de elétrons, "um dos mais rápidos do mundo, este nível de detalhe sem precedentes pode guiar os pesquisadores no desenvolvimento de células solares eficientes, eletrônica rápida e flexível e catalisadores químicos de alto desempenho. p A descoberta, aceito para publicação em 31 de agosto em Nano Letras , poderia levar a ciência dos materiais a um nível totalmente novo. Foi possível com o instrumento SLAC para difração de elétrons ultrarrápida (UED), que usa elétrons energéticos para tirar instantâneos de átomos e moléculas em escalas de tempo de até 100 quatrilionésimos de segundo.

p "Este é o primeiro resultado científico publicado com nosso novo instrumento, "disse o cientista Xijie Wang, Líder da equipe UED do SLAC. "Ele mostra a excelente combinação do método de resolução atômica, velocidade e sensibilidade. "

p O diretor do SLAC, Chi-Chang Kao, disse:"Junto com dados complementares da fonte de luz coerente Linac do laser de raios-X da SLAC, O UED cria oportunidades sem precedentes para a ciência ultrarrápida em uma ampla gama de disciplinas, da ciência dos materiais à química e às biociências. "LCLS é um DOE Office of Science User Facility.

p Propriedades Extraordinárias de Materiais em Duas Dimensões

p Monocamadas, ou materiais 2-D, contêm apenas uma única camada de moléculas. Nessa forma, eles podem assumir propriedades novas e estimulantes, como resistência mecânica superior e uma capacidade extraordinária de conduzir eletricidade e calor. Mas como essas monocamadas adquirem suas características únicas? Até agora, os pesquisadores só tinham uma visão limitada dos mecanismos subjacentes.

p "A funcionalidade dos materiais 2-D depende criticamente de como seus átomos se movem, "disse o pesquisador do SLAC e Stanford Aaron Lindenberg, que liderou a equipe de pesquisa. "Contudo, ninguém jamais foi capaz de estudar esses movimentos em nível atômico e em tempo real antes. Nossos resultados são um passo importante para a engenharia de dispositivos de última geração a partir de materiais de camada única. "A equipe de pesquisa analisou o dissulfeto de molibdênio, ou MoS2, que é amplamente utilizado como lubrificante, mas assume uma série de comportamentos interessantes quando na forma de camada única - mais de 150, 000 vezes mais fino que um cabelo humano.

p Por exemplo, a forma de monocamada é normalmente um isolante, mas quando esticado, pode se tornar eletricamente condutivo. Este comportamento de comutação pode ser usado em thin, eletrônica flexível e para codificar informações em dispositivos de armazenamento de dados. Filmes finos de MoS2 também estão em estudo como possíveis catalisadores que facilitam as reações químicas. Além disso, eles capturam a luz de forma muito eficiente e podem ser usados ​​em células solares futuras.

p Por causa dessa forte interação com a luz, os pesquisadores também acham que podem manipular as propriedades do material com pulsos de luz.

p "Para projetar dispositivos futuros, controlá-los com luz e criar novas propriedades por meio de modificações sistemáticas, primeiro precisamos entender as transformações estruturais das monocamadas no nível atômico, "disse o pesquisador de Stanford Ehren Mannebach, o principal autor do estudo.

p Câmera de elétrons revela movimentos ultrarrápidos

p Análises anteriores mostraram que camadas únicas de dissulfeto de molibdênio têm uma superfície enrugada. Contudo, esses estudos forneceram apenas uma imagem estática. O novo estudo revela pela primeira vez como as ondulações da superfície se formam e evoluem em resposta à luz laser.

p Os pesquisadores do SLAC colocaram suas amostras de monocamada, que foram preparados pelo grupo de Linyou Cao na North Carolina State University, em um feixe de elétrons muito energéticos. Os elétrons, que vêm agrupados em pulsos ultracurtos, espalhar os átomos da amostra e produzir um sinal em um detector que os cientistas usam para determinar onde os átomos estão localizados na monocamada. Essa técnica é chamada de difração de elétrons ultrarrápida.

p A equipe então usou pulsos de laser ultracurtos para excitar movimentos no material, que fazem com que o padrão de espalhamento mude com o tempo.

p "Combinado com cálculos teóricos, esses dados mostram como os pulsos de luz geram rugas que têm grandes amplitudes - mais de 15 por cento da espessura da camada - e se desenvolvem de forma extremamente rápida, em cerca de um trilionésimo de segundo. Esta é a primeira vez que alguém visualizou esses movimentos atômicos ultrarrápidos, "Lindenberg disse.

p Uma vez que os cientistas entendam melhor as monocamadas de diferentes materiais, eles poderiam começar a colocá-los juntos e projetar materiais mistos com óptica completamente nova, mecânico, propriedades eletrônicas e químicas.